KR20140136515A - Power electronic converter - Google Patents

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은남디 오케메
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알스톰 테크놀러지 리미티드
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Abstract

AC 및 DC 망(46,44)을 연결하고 이들 간에 전력을 전송하기 위한 전력 전자 컨버터로서(30)는, DC 망(44)으로의 연결을 위한 DC 링크를 정의하는 제 1 및 제 2 DC 단자(32,34)로서, 사용 시에, 상기 DC 링크는 그들 사이에 인가된 가역적 DC 링크 전압을 가지는, 제 1 및 제 2 DC 단자; 상기 제 1 및 제 2 DC 단자(32,34) 사이에서 연장하고 상기 AC 망(46)으로의 연결을 위한 AC 단자(42)에 의하여 분리되는 제 1 및 제 2 림부(limb portion)(38,40)를 가지는 적어도 하나의 컨버터 림(converter limb; 36)으로서, 각각의 림부(38,40)는 적어도 하나의 에너지 스토리지 디바이스(56)와 병렬 연결되는 제 1 및 제 2 세트의 직렬-연결된 전류 흐름 제어 소자(54)를 가지는 적어도 하나의 개선 모듈(rationalised module; 52)을 포함하고, 각각의 세트의 전류 흐름 제어 소자(54)는 적어도 하나의 에너지 스토리지 디바이스와 병렬 연결되고, 각각의 세트의 전류 흐름 제어 소자(54)는 전류를 상기 에너지 스토리지 디바이스(56)를 통한 전류를 선택적으로 디렉팅하는 일차 능동 스위칭 소자 및 상기 개선 모듈(52)을 통과하는 전류 흐름을 단일 방향으로 제한하는 일차 수동 전류 체크 소자를 포함하고, 상기 전류 흐름 제어 소자(54) 및 상기 또는 각각의 에너지 스토리지 디바이스(56)는 결합하여 AC 단자(42)에서 AC 전압을 합성하는 전압원을 선택적으로 제공하는, 적어도 하나의 컨버터 림; 및 각각의 림부(38,40) 내의 상기 또는 각각의 개선 모듈(52)을 선택적으로 스위칭하여, AC-DC 전력 전송 모드에서 상기 AC 망(46)으로부터 DC 망(44)으로 전력을 전달하고 DC-AC 전력 전송 모드에서 상기 DC 망(44)으로부터 AC 망(46)으로 전력을 전달하기 위하여 상기 대응하는 AC 단자(42)에서의 AC 전압의 구성을 제어하는 제 1 제어기(60)를 포함하고, 각각의 림부(38,40)는, 상기 대응하는 림부(38,40)를 통과하는 전류 흐름을 대응하는 AC 및 DC 단자(42,32,34) 사이에서 단일 방향으로 제한하는 하나 이상의 이차 수동 전류 체크 소자(48)로서, 상기 또는 각각의 이차 수동 전류 체크 소자(48)는 상기 또는 각각의 개선 모듈(52)과 직렬 연결되는, 하나 이상의 이차 수동 전류 체크 소자; 또는 상기 또는 각각의 개선 모듈(52)과 직렬 연결되는 하나 이상의 이차 능동 스위칭 소자를 포함한다.As a power electronic converter 30 for connecting AC and DC networks 46 and 44 and transferring power therebetween, first and second DC terminals (not shown) defining a DC link for connection to the DC network 44 (32,34), wherein, in use, said DC link has a reversible DC link voltage applied therebetween; First and second limb portions 38, 38 extending between the first and second DC terminals 32, 34 and separated by an AC terminal 42 for connection to the AC network 46, 40) having first and second sets of series-connected currents (36, 36) connected in parallel with at least one energy storage device (56), each of the rim portions And at least one rationalised module (52) having a flow control element (54), wherein each set of current flow control elements (54) is connected in parallel with at least one energy storage device The current flow control element 54 includes a primary active switching element for selectively directing current through the energy storage device 56 and a primary passive current limiting current flow through the enhancement module 52 in a single direction check Characters and wherein the current flow control element 54 and the or each energy storage device 56 is coupled to the AC terminal 42, optionally, at least one converter rim provided with a voltage source for synthesizing AC voltages from; And the or each enhancement module 52 in each of the rims 38 and 40 to transfer power from the AC network 46 to the DC network 44 in AC-DC power transfer mode, - a first controller (60) for controlling the configuration of the AC voltage at the corresponding AC terminal (42) for transferring power from the DC network (44) to the AC network (46) in an AC power transmission mode , Each rim portion (38,40) having one or more secondary passages (38,40) limiting the current flow through the corresponding rim portion (38,40) in a single direction between the corresponding AC and DC terminals As the current check element 48, the or each secondary passive current check element 48 is connected in series with the or each enhancement module 52, one or more secondary passive current check elements; Or one or more secondary active switching elements in series with the or each improvement module 52.

Description

전력 전자 컨버터{POWER ELECTRONIC CONVERTER}POWER ELECTRONIC CONVERTER

본 발명은 전력 전자 컨버터에 관련된다.The present invention relates to a power electronic converter.

전력 송신망에서 교류(AC) 전력은 공중선 및/또는 해저 케이블을 통한 전송을 위하여 직류(DC) 전력으로 통상적으로 변환된다. 이러한 변환은 송신선 또는 케이블에 의하여 부과되는 AC 용량성 부하 효과를 보상할 필요를 없애며, 그리고 따라서 전송선 및/또는 케이블의 킬로미터 당 비용을 감소시킨다. AC로부터 DC로의 변환은 전력이 긴 거리만큼 송신될 필요가 있을 경우 비용-효과적이 된다.AC power in a power transmission network is typically converted to direct current (DC) power for transmission over an aerial and / or submarine cable. This conversion eliminates the need to compensate for AC capacitive loading effects imposed by the transmission line or cable, and thus reduces the cost per kilometer of the transmission line and / or cable. AC to DC conversion is cost-effective if the power needs to be transmitted over a long distance.

AC-DC 전력의 변환은 또한 상이한 주파수에서 동작하는 AC 망을 상호연결하는 것이 필요한 전력 송신망에서도 활용된다. 임의의 이러한 전력 송신망에서, AC 및 DC 전력 사이의 각각의 인터페이스에서 요구된 변환에 영향을 주기 위한 컨버터가 요구되며, 컨버터의 하나의 이러한 형태는 전압원 컨버터(voltage source converter; VSC)이다.The conversion of AC-DC power is also utilized in the power transmission network where it is necessary to interconnect AC networks operating at different frequencies. In any such power transmission network, a converter is required to affect the required conversion at each interface between AC and DC power, and this type of converter is a voltage source converter (VSC).

공지된 전압원 컨버터는 도 1 에 도시되며 멀티레벨 컨버터 구성을 포함한다. 멀티레벨 컨버터 구성은 직렬-연결된 컨버터 셀(12)의 개별적인 컨버터 브릿지(10)를 포함한다. 각각의 컨버터 셀(12)은 커패시터(16)와 병렬 연결되는 한 쌍의 직렬-연결된 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar transistors; IGBTs)(14)를 포함한다. 개개의 컨버터 셀(12)은 동시에 스위칭되지 않으며, 컨버터 전압 스텝은 비교적으로 적고, 그리고 따라서 이러한 구성은 직렬-연결된 IGBT들(14)의 직접적 스위칭과 연관된 문제점들을 제거한다.A known voltage source converter is shown in FIG. 1 and includes a multi-level converter configuration. The multi-level converter configuration includes the individual converter bridges 10 of the series-connected converter cells 12. Each converter cell 12 includes a pair of series-connected insulated gate bipolar transistors (IGBTs) 14 that are connected in parallel with a capacitor 16. The individual converter cells 12 are not switched at the same time, the converter voltage steps are relatively small, and thus this configuration eliminates the problems associated with the direct switching of the series-connected IGBTs 14. [

각각의 컨버터 셀(12)의 커패시터(16)는 이러한 멀티레벨 컨버터 구성의 커패시터 단자에서의 전압 변동을 제약하기 위하여 충분히 높은 용량 값을 가지도록 구성된다. DC 측 반응기(18)가 각각의 컨버터 브릿지(10)에서 컨버터 림(20) 사이에서의 순시 전류 흐름을 제한하기 위하여, 그리고 이에 따라서 컨버터 림(20)의 병렬 연결 및 동작을 가능하게 하기 위하여 또한 요구된다.The capacitors 16 of each converter cell 12 are configured to have a capacitance value that is sufficiently high to constrain the voltage variations at the capacitor terminals of such multilevel converter configurations. The DC side reactor 18 is also configured to limit the instantaneous current flow between the converter rims 20 in each converter bridge 10 and to enable parallel connection and operation of the converter rims 20 accordingly Is required.

본 발명의 일 양태에 따르면, AC 및 DC 망을 연결하고 이들 간에 전력을 전송하기 위한 전력 전자 컨버터로서,According to one aspect of the present invention there is provided a power electronic converter for connecting AC and DC networks and transmitting power therebetween,

DC 망으로의 연결을 위한 DC 링크를 정의하는 제 1 및 제 2 DC 단자로서, 사용 시에, 상기 DC 링크는 그들 사이에 인가된 가역적 DC 링크 전압을 가지는, 제 1 및 제 2 DC 단자;First and second DC terminals defining a DC link for connection to a DC network, wherein in use the DC link has first and second DC terminals having a reversible DC link voltage applied therebetween;

상기 제 1 및 제 2 DC 단자 사이에서 연장하고 상기 AC 망으로의 연결을 위한 AC 단자에 의하여 분리되는 제 1 및 제 2 림부(limb portion)를 가지는 적어도 하나의 컨버터 림(converter limb)으로서, 각각의 림부는 적어도 하나의 에너지 스토리지 디바이스와 병렬 연결되는 제 1 및 제 2 세트의 직렬-연결된 전류 흐름 제어 소자를 가지는 적어도 하나의 개선 모듈(rationalised module)을 포함하고, 각각의 세트의 전류 흐름 제어 소자는 적어도 하나의 에너지 스토리지 디바이스와 병렬 연결되고, 각각의 세트의 전류 흐름 제어 소자는 전류를 상기 에너지 스토리지 디바이스를 통한 전류를 선택적으로 디렉팅하는 일차 능동 스위칭 소자 및 상기 개선 모듈을 통과하는 전류 흐름을 단일 방향으로 제한하는 일차 수동 전류 체크 소자를 포함하고, 상기 전류 흐름 제어 소자 및 상기 또는 각각의 에너지 스토리지 디바이스는 결합하여 AC 단자에서 AC 전압을 합성하는 전압원을 선택적으로 제공하는, 적어도 하나의 컨버터 림; 및At least one converter limb extending between the first and second DC terminals and having a first and a second limb portion separated by an AC terminal for connection to the AC network, Wherein the rim portion of at least one energy storage device comprises at least one rationalised module having a first and a second set of series-connected current flow control elements connected in parallel with at least one energy storage device, Wherein each set of current flow control elements comprises a primary active switching element for selectively directing current through the energy storage device and a current flow through the improvement module in a single Direction, and wherein the current flow control element and / Wherein the or each energy storage device selectively provides a voltage source for combining and combining an AC voltage at an AC terminal; And

각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 개선 모듈을 선택적으로 스위칭하여, AC-DC 전력 전송 모드에서 상기 AC 망으로부터 DC 망으로 전력을 전달하고 DC-AC 전력 전송 모드에서 상기 DC 망으로부터 AC 망으로 전력을 전달하기 위하여 상기 대응하는 AC 단자에서의 AC 전압의 구성을 제어하는 제 1 제어기를 포함하고,Selectively switching the or each enhancement module within each rim to transfer power from the AC network to the DC network in an AC-DC power transfer mode and to power the DC network from the DC network in a DC-AC power transfer mode And a first controller for controlling the configuration of the AC voltage at the corresponding AC terminal for transmission,

각각의 림부는,Each of the rim portions,

상기 대응하는 림부를 통과하는 전류 흐름을 대응하는 AC 및 DC 단자 사이에서 단일 방향으로 제한하는 하나 이상의 이차 수동 전류 체크 소자로서, 상기 또는 각각의 이차 수동 전류 체크 소자는 상기 또는 각각의 개선 모듈과 직렬 연결되는, 하나 이상의 이차 수동 전류 체크 소자; 또는 One or more secondary passive current check elements limiting the current flow through the corresponding rim portion in a single direction between corresponding AC and DC terminals, said or each secondary passive current check element being connected in series with said or each enhancement module At least one secondary passive current check element connected; or

상기 또는 각각의 개선 모듈과 직렬 연결되는 하나 이상의 이차 능동 스위칭 소자를 포함하는, 전력 전자 컨버터가 제공된다.A power electronic converter comprising at least one secondary active switching element in series with the or each improvement module.

AC 및 DC 망 사이에서 전력을 전송하기 위한 전력 전자 컨버터의 동작 도중에, 전력 전자 컨버터의 내의 전류의 흐름은 듀티 사이클 동안에 림부 사이에서 교번한다. 이와 같이, 림부 중 하나가 AC 단자 및 대응하는 DC 단자 사이에서 전류를 통전시키도록 구성되면(즉 도통 상태에 있다면), 림부 중 다른 것은 회로에서 사라지도록 스위칭되도록 구성된다(즉 비-도통 상태에 있다).During operation of the power electronic converter for transferring power between the AC and DC networks, the flow of current within the power electronic converter alternates between the rim portions during the duty cycle. As such, if one of the rims is configured to energize current between the AC terminal and the corresponding DC terminal (i. E., In the conductive state), the other of the rim portions is configured to switch to disappear from the circuit have).

비-도통 상태에 있는 림부는 그들 사이에서 차분 전압을 경험하는데, 차분 전압은 AC 단자 및 대응하는 DC 단자에서의 전압들 간의 차이이다. 비-도통 상태에 있는 림부에 의하여 경험되는 차분 전압은 상기 또는 각각의 이차 수동 전류 체크 소자 또는 이차 능동 스위칭 소자 및 상기 또는 각각의 개선 모듈 사이에서 공유될 수도 있다. 다르게 말하면, 상기 또는 각각의 이차 수동 전류 체크 소자 또는 이차 능동 스위칭 소자는 대응하는 림부 사이에 상기 림부가 비-도통 상태일 때에 발생하는 차분 전압의 일부를 지원할 수도 있다. 이것은 각각의 림부 내의 개선 모듈 또는 복수 개의 개선 모듈이 전체 차분 전압을 차폐할 수 있을 것이 요구되지 않을 수도 있다는 것을 의미하는데, 이는 상기 또는 각각의 이차 수동 전류 체크 소자 또는 이차 능동 스위칭 소자가 차분 전압의 일부를 차폐하기 위하여 사용될 수 있고, 따라서 각각의 림부 내의 개선 모듈 또는 복수 개의 개선 모듈의 전압 등급(voltage rating)에서의 감소를 허용할 수 있기 때문이다.The rim in the non-conducting state experiences a differential voltage between them, the difference voltage being the difference between the voltages at the AC terminal and the corresponding DC terminal. The differential voltage experienced by the rim in the non-conducting state may be shared between the or each secondary passive current check element or secondary active switching element and the or each of the improvement modules. In other words, the or each secondary passive current check element or secondary active switching element may support a portion of the differential voltage that occurs when the rim portion is non-conducting between the corresponding rim portions. This means that the improvement module or the plurality of improvement modules in each rim may not be required to be able to shield the entire differential voltage because the or each secondary passive current check element or the secondary active switching element has a difference voltage Can be used to shield a portion, thus allowing a reduction in the voltage rating of the improvement module or a plurality of improvement modules in each rim.

이에 반해, 도 1 에 도시되는 공지된 전압원 컨버터의 동작 도중에, 직렬-연결된 컨버터 셀(12)은 대응하는 컨버터 브릿지(10)에 의하여 경험되는 전체 차분 전압을 차폐할 수 있을 것이 요구되며, 따라서 직렬-연결된 컨버터 셀이 AC 및 DC 망의 주어진 세트의 AC 및 DC 전압에 대하여 상대적으로 더 높은 결합 전압 등급을 가질 것을 요구한다.On the other hand, during operation of the known voltage source converter shown in FIG. 1, the series-connected converter cell 12 is required to be able to shade the entire differential voltage experienced by the corresponding converter bridge 10, Requires that the connected converter cell has a higher coupling voltage rating relative to the AC and DC voltages of a given set of AC and DC networks.

각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 이차 수동 전류 체크 소자 또는 이차 능동 스위칭 소자 및 상기 또는 각각의 개선 모듈의 직렬 연결은 그러므로 AC 및 DC 망 사이에서 전력의 전송을 수행하도록 요구되는 각각의 림부 내의 개선 모듈의 요구되는 개수를 크게 감소시킬 수 있다.The serial connection of the or each secondary passive current check element or secondary active switching element and / or the respective enhancement module in each rim may thus be achieved by an improvement module in each rim that is required to perform the transmission of power between the AC and DC networks Can be greatly reduced.

본 발명에 따른 전력 전자 컨버터의 구성은 따라서 AC 및 DC 망을 연결시키고 이들 사이에 전력을 전송하는 소형, 경량, 저렴한 효율적이고 신뢰성있는 수단을 얻게 한다.The configuration of the power electronics converter according to the present invention thus provides a compact, lightweight, inexpensive and reliable means of connecting the AC and DC networks and transferring power therebetween.

AC-DC 전력 전송 모드가 전압 정류에 관련되고 DC-AC 전력 전송 모드가 전압 반전에 관련된다는 것이 이해될 것이다.It will be appreciated that the AC-DC power transmission mode is related to voltage rectification and the DC-AC power transmission mode is related to voltage reversal.

전력 전자 컨버터는 반대 방향에서의 전류 흐름을 허용하기 위하여 각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 개선 모듈의 구조를 변경할 필요가 없이 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 중 하나에서 동작된다. 특히, 전력 전자 컨버터는 제 1 극성의 DC 링크 전압을 DC 링크 사이에 인가함으로써 AC 망으로부터 DC 망으로 전력을 전송하고, 제 2 극성의 DC 링크 전압을 DC 링크 사이에 인가함으로써 DC 망으로부터 AC 망으로 전력을 전송하도록 동작되는데, 여기에서 제 1 극성은 제 2 극성에 반대이다. 다르게 말하면, 전력 전자 컨버터는 DC 링크 사이에서 DC 링크 전압을 반전시킴으로써 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 중 하나에서 동작된다.The power electronic converter is operated in one of the AC-DC and DC-AC power transmission modes without the need to change the structure of the or each improvement module in each rim to allow current flow in the opposite direction. In particular, the power electronic converter transmits power from the AC network to the DC network by applying a DC link voltage of the first polarity to the DC link, and supplies power from the DC network to the AC network by applying the DC link voltage of the second polarity between the DC links. , Wherein the first polarity is opposite to the second polarity. In other words, the power electronic converter operates in one of the AC-DC and DC-AC power transfer modes by inverting the DC link voltage between the DC links.

각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 이차 수동 전류 체크 소자 또는 이차 능동 스위칭 소자 및 상기 또는 각각의 개선 모듈의 직렬-연결 이란 이차 수동 전류 체크 소자 또는 이차 능동 스위칭 소자가 어떤 림부가 통전 상태이며 따라서 사용 시에 상기 또는 각각의 AC 단자에서 AC 전압을 합성할 것인지를 진술한다는 것을 의미한다.The series-connection of the or each secondary passive current check element or secondary active switching element and / or the respective improvement module in each rim means that the secondary passive current check element or the secondary active switching element is in the energized state, Means to assert the AC voltage at the or each AC terminal.

상기 또는 각각의 이차 수동 전류 체크 소자를 각각의 림부 내에 포함시킴으로써 림부 전류가 단일 방향으로 제약되며, 따라서 상기 또는 각각의 개선 모듈의 단방향성 성질과 호환된다. 이것은 각각의 림부가 상기 또는 각각의 개선 모듈과 직렬 연결된 이차 능동 스위칭 소자가 어떤 림부가 통전 상태인지를 진술할 것을 요구하지 않는다는 것을 의미한다. 이것은 더 비용-효율적이고 신뢰가능한 전력 전자 컨버터가 제작되도록 하는데, 이것은 수동 전류 체크 소자(예를 들어 다이오드)가 능동 스위칭 소자보다 더 가볍고, 더 작으며, 더 간단하기 때문이다.By including the or each secondary passive current check element in each rim portion, the rim current is constrained in a single direction and thus is compatible with the unidirectional nature of the or each improvement module. This means that each rim does not require a secondary active switching element in series with the or each improvement module to state which rim is energized. This allows a more cost-effective and reliable power electronic converter to be fabricated because the passive current check element (e.g., diode) is lighter, smaller, and simpler than the active switching element.

그러나, 상기 또는 각각의 이차 수동 전류 체크 소자의 단방향성 성질은 각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 이차 수동 전류 체크 소자가 역전압만을 차폐할 수 있으며 따라서 다이오드 순방향 전압을 차폐할 수 없다는 것을 의미한다. 이것은 이제, 비-도통 상태에 있는 림부 내의 상기 또는 각각의 이차 수동 전류 체크 소자가 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 중 하나에서 차분 전압의 일부를 차폐할 수 있는 반면에, DC 링크 사이의 DC 링크 전압의 극성의 반전이 상기 또는 각각의 이차 수동 전류 체크 소자가 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 중 다른 것에서 차분 전압의 일부를 차폐할 수 없게 한다는 것을 의미한다.However, the unidirectional nature of the or each secondary passive current check element means that the or each secondary passive current check element in each rim can only shield the reverse voltage and thus can not shield the diode forward voltage. This now allows the or each secondary passive current check element in the rim to be in a non-conducting state to shield some of the differential voltage in one of the AC-DC and DC-AC power transfer modes, The reversal of the polarity of the DC link voltage means that the or each secondary passive current check element can not shield some of the differential voltage at any of the AC-DC and DC-AC power transfer modes.

결과적으로, 전력 전자 컨버터가 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 모두에서 동작하도록 하기 위하여, 비-도통 상태에 있는 각각의 림부 내의 개선 모듈 또는 복수 개의 개선 모듈의 전압 등급은 상기 또는 각각의 이차 수동 전류 체크 소자가 차분 전압의 일부를 차폐할 수 없게 될 때에 비 도통 상태에 있는 림부에 의하여 경험되는 전체 차분 전압을 지원할 수 있도록 증가되어야 한다.As a result, in order to allow the power electronic converter to operate in both the AC-DC and DC-AC power transmission modes, the voltage rating of the improvement module or the plurality of improvement modules in each rim in the non- The passive current check element must be increased to support the entire differential voltage experienced by the non-conducting rim when it is unable to shield some of the differential voltage.

대안적으로는, AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 모두에 대하여, 각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 이차 수동 전류 체크 소자의 방향은 상기 또는 각각의 이차 수동 전류 체크 소자가 대응하는 림부가 비-도통 상태에 있을 경우의 차분 전압의 일부를 차폐할 수 있게 하기 위하여 그 전력 전송 모드와 매칭하도록 재구성될 수도 있다. 그러나 이것은 비용을 증가시키고 전력 전자 컨버터에 구조적 복잡성을 부가한다.Alternatively, for both the AC-DC and DC-AC power transfer modes, the orientation of the or each secondary passive current check element in each rim may be such that the rim corresponding to the or each secondary passive current check element is non- May be reconfigured to match its power transfer mode in order to be able to shield some of the differential voltage when it is in a conductive state. However, this increases cost and adds structural complexity to the power electronic converter.

반면에, 각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 이차 능동 스위칭 소자는 순방향 및 역방향 전압 모두를 차폐할 수 있도록 구성될 수도 있다. 이것은 각각의 림부 내의 개선 모듈 또는 복수 개의 개선 모듈이 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 모두에 대해 오직 차분 전압의 일부만을 차폐하도록 요구될 것이며, 따라서 각각의 림부 내의 개선 모듈 또는 복수 개의 개선 모듈의 전압 등급을 증가시켜 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 모두에서 비-통전 상태에 있는 그 림부에 의하여 경험되는 전체 차분 전압을 지원할 수 있게 할 필요성을 없앤다는 것을 의미한다.On the other hand, the or each secondary active switching element in each rim may be configured to shield both forward and reverse voltages. This would require that an enhancement module or a plurality of enhancement modules within each rim would only shield a portion of the differential voltage only for both the AC-DC and DC-AC power transfer modes, Which eliminates the need to increase the voltage rating of the AC-DC and DC-AC power transmission modes to be able to support the entire differential voltage experienced by that rim in the non-energized state.

바람직하게는 제 1 및 제 2 세트의 직렬-연결된 전류 흐름 제어 소자는 풀-브리지 구성에서 개별적인 에너지 스토리지 디바이스와 병렬 연결되어, 전류를 단일 방향에서 도통시키는 동안 음의, 제로, 또는 양의 전압을 제공할 수 있는 2-쿼드런트(quadrant) 바이폴라 개선 모듈을 형성한다.Preferably, the first and second sets of series-connected current flow control elements are connected in parallel with the individual energy storage devices in a full-bridge configuration to provide a negative, zero, or positive voltage To form a two-quadrant bipolar enhancement module.

각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 개선 모듈은 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 중 하나에서 전송가능한 전력이 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 중 다른 것에서 전송가능한 전력과 같아지도록 설정하도록 구성될 수도 있다. 다르게 말하면, 각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 개선 모듈은 제 1 제어기가 각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 개선 모듈을 스위칭하여 전력 AC 및 DC 망 사이에서 전력의 대칭적 전송을 생성하도록 하게 구성될 수도 있는데, 여기에서 전력 전자 컨버터는 양자의 방향에서 풀 전력 전송 기능성을 제공한다.The or each refinement module in each rim is configured to set the transmittable power in one of the AC-DC and DC-AC power transfer modes equal to the transmittable power in the other of the AC-DC and DC-AC power transfer modes . In other words, the or each enhancement module within each rim may be configured to cause the first controller to switch the or each enhancement module within each rim to generate a symmetrical transmission of power between the power AC and DC networks Where the power electronic converter provides full power transfer functionality in both directions.

각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 개선 모듈은 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 중 하나에서 전송가능한 전력이 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 중 다른 것에서 전송가능한 전력보다 적도록 제한하도록 구성될 수도 있다. 다르게 말하면, 각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 개선 모듈은 제 1 제어기가 각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 개선 모듈을 스위칭하여 전력 AC 및 DC 망 사이에서 전력의 비대칭적 전송을 생성하도록 하게 구성될 수도 있는데, 여기에서 전력 전자 컨버터는 일 방향에서 풀 전력 전송 기능성을 제공하고 감소된 레벨에서 다른 방향으로 전력 전송을 제공할 수 있다.The or each enhancement module in each rim is configured to limit the transmittable power in one of the AC-DC and DC-AC power transfer modes to less than the power that is transmittable in the other of the AC-DC and DC-AC power transfer modes . In other words, the or each enhancement module in each rim may be configured to cause the first controller to switch the or each enhancement module in each rim to generate an asymmetrical transmission of power between the power AC and DC networks Where the power electronic converter can provide full power transfer functionality in one direction and power transfer in a different direction at a reduced level.

바람직하게는 각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 개선 모듈은 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 중 하나에서 전송가능한 전력이 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 중 다른 것에서 전송가능한 전력의 10% 내지 15%의 범위 내에 있도록 제한하도록 구성된다.Preferably, the or each enhancement module in each rim is configured such that the transmittable power in one of the AC-DC and DC-AC power transfer modes is less than 10% of the transmittable power in the other of the AC-DC and DC- To < RTI ID = 0.0 > 15%. ≪ / RTI >

비대칭 전력 전송 기능성을 가진 전력 전자 컨버터는 비대칭 전력 전송 요구 사항을 가진 특정 전력 전송 애플리케이션에서 완벽하게 수락가능하다. 예를 들어, 비대칭 전력 전송 기능성이 있는 전력 전자 컨버터는 DC 망으로의 전력의 인출에 대해 큰 바이어스가 존재하고 전력을 인입시킬 최소의 필요성이 있는 전력 전송 애플리케이션에서 사용될 수도 있는데, 이것은 요구된 전력 전송이 주로 소스로부터 배전 그리드로 이루어지는 회생 풍력 및 조력 발전에서 발생하는 것과 같다. 전력을 인입시킬 최소한의 필요성은, 주된 무버(mover)(바람 또는 조력파와 같음)의 이용가능성이 요구된 양의 전력을 생성하기에 충분하기만 하다면 발전 동작 모드로의 하드웨어 천이 이전에 풍력 및 조력 발전소의 하드웨어를 시동하거나 동작시키려는 목적을 위한 반대 방향에서의 감소된 레벨의 전력의 빈번하지 않은 송신에 관련될 수도 있다.Power electronic converters with asymmetric power transfer functionality are perfectly acceptable in certain power transmission applications with asymmetric power transfer requirements. For example, a power electronic converter with asymmetric power transfer functionality may be used in a power transfer application where there is a large bias for drawing power to the DC network and there is a minimum need to draw power, This is the same as that occurring in regenerative wind power and tidal power generation mainly consisting of a distribution grid from a source. The minimum need to draw power is that if the availability of the main mover (such as wind or tidal wave) is sufficient to produce the required amount of power, the wind and tidal forces And may be related to the infrequent transmission of a reduced level of power in the opposite direction for the purpose of starting or operating the hardware of the power plant.

비대칭 전력 전송 기능성이 있는 전력 전자 컨버터를 생성하기 위한 각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 개선 모듈의 구성은 결과적으로, 손실, 효율, 사이즈, 무게 및 비용의 관점에서 비대칭 전력 전송 요구 사항이 있는 전력 전송 애플리케이션에 대한 더 최적인 전력 전자 컨버터를 얻게 한다.The configuration of the or each enhancement module in each rim to create a power electronic converter with asymmetric power transfer functionality results in a power transmission with asymmetric power transfer requirements in terms of loss, efficiency, size, weight and cost Thereby obtaining a more optimal power electronic converter for the application.

제어기는 각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 개선 모듈 내의 전류 흐름 제어 소자의 스위칭을 제어하여 상기 또는 각각의 AC 단자에서 대응하는 DC 단자에서의 DC 전압보다 27% 더 높은 피크 값을 가진 AC 전압을 구성하도록 할 수도 있다. 상기 또는 각각의 AC 단자에서의 이러한 AC 전압의 구성은, 각각의 림부 내의 개선 모듈 또는 복수 개의 개선 모듈에 의하여 제공되는 전압 및 각각의 림부 내의 개선 모듈 또는 복수 개의 개선 모듈을 통해 흐르는 전류의 곱이 듀티 사이클의 절반에 걸쳐 각각의 림부 내의 개선 모듈 또는 복수 개의 개선 모듈 내의 제로 순 에너지 교환(net zero energy exchange)을 제공한다는 것을 의미한다. 추가적으로, 개선 모듈의 구조는 개선 모듈을 통해 흐르는 단방향성 전류가 상기 또는 각각의 에너지 스토리지 디바이스를 통하여 순방향 또는 역방향에서 흐르도록 허용한다. 이것은 이제 선택적인 실시간 충전 및 방전을 허용하고, 이를 통하여 전력 전자 컨버터가 AC 및 DC 망 사이에서 전력을 전송하도록 구성되는 동안 각각의 개선 모듈 내의 상기 또는 각각의 에너지 스토리지 디바이스의 전압 레벨의 제어를 허용한다.The controller controls the switching of the current flow control element in the or each improvement module within each rim to configure an AC voltage having a peak value 27% higher than the DC voltage at the corresponding DC terminal at the or each AC terminal . The configuration of this AC voltage at the or each AC terminal is such that the product of the voltage provided by the improvement module or the plurality of improvement modules in each rim portion and the current flowing through the improvement module or the plurality of improvement modules within each rim portion Quot; means providing a net zero energy exchange in the improvement module or a plurality of improvement modules within each rim portion over half of the cycle. Additionally, the structure of the enhancement module allows the unidirectional current flowing through the enhancement module to flow in the forward or reverse direction through the or each energy storage device. This now allows for selective real-time charging and discharging, thereby allowing control of the voltage level of the or each energy storage device in each enhancement module while the power electronic converter is configured to transfer power between the AC and DC networks do.

본 발명의 바람직한 실시예들은 첨부 도면을 참조하여 비한정적인 예시를 사용하여 이제 설명될 것이다:
도 1 은 개략적인 형태로 선행 기술의 전력 전자 컨버터를 도시한다;
도 2 는 개략적인 형태로 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 전력 전자 컨버터를 도시한다;
도 3 은 개략적인 형태로 도 2 의 전력 전자 컨버터의 일부를 형성하는 개선 모듈의 구조를 도시한다;
도 4a 는 AC-DC 전력 전송 모드에 있는 도 2 의 전력 전자 컨버터의 컨버터 림의 동작을 개략적인 형태로 도시한다;
도 4b 는 DC-AC 전력 전송 모드에 있는 도 2 의 전력 전자 컨버터의 컨버터 림의 동작을 개략적인 형태로 도시한다;
도 5 는 개략적인 형태로 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 전력 전자 컨버터를 도시한다.Preferred embodiments of the present invention will now be described using non-limiting examples with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 shows a prior art power electronic converter in schematic form;
Figure 2 shows, in schematic form, a power electronic converter according to a first embodiment of the present invention;
Figure 3 shows the structure of an enhancement module forming part of the power electronic converter of Figure 2 in schematic form;
Figure 4A shows in schematic form the operation of the converter rim of the power electronic converter of Figure 2 in AC-DC power transfer mode;
Figure 4b shows in schematic form the operation of the converter rim of the power electronic converter of Figure 2 in DC-AC power transfer mode;
Figure 5 shows, in schematic form, a power electronic converter according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제 1 실시예에 따르는 제 1 전력 전자 컨버터(30)가 도 2 에 도시된다.A first power electronic converter 30 according to a first embodiment of the present invention is shown in Fig.

제 1 전력 전자 컨버터(30)는 제 1 및 제 2 DC 단자(32, 34) 및 복수 개의 컨버터 림(36)을 포함한다. 제 1 및 제 2 DC 단자(32, 34)는 DC 링크를 정의한다. 각각의 컨버터 림(36)은 제 1 및 제 2 DC 단자(32, 34) 사이에서 연장하고 AC 단자(42)에 의하여 분리된 제 1 및 제 2 림부(38, 40)를 가진다.The first power electronics converter 30 includes first and second DC terminals 32 and 34 and a plurality of converter rims 36. [ The first and second DC terminals 32 and 34 define a DC link. Each converter rim 36 has first and second rim portions 38, 40 that extend between the first and second DC terminals 32, 34 and are separated by an AC terminal 42.

사용 시에, 제 1 전력 전자 컨버터(30)의 제 1 및 제 2 DC 단자(32, 34)는 DC 망(44)의 제 1 및 제 2 단자에 각각 연결되고, 가역적 DC 링크 전압이 제 1 및 제 2 단자 사이에 인가되며, 각각의 컨버터 림(36)의 AC 단자(42)는 다상 AC 망(46)의 개별적인 상에 연결된다. 이러한 방식으로, 사용 시에, DC 링크는 그들 사이에 인가된 가역적 DC 링크 전압을 가진다.In use, the first and second DC terminals 32, 34 of the first power electronic converter 30 are respectively connected to the first and second terminals of the DC network 44, and the reversible DC link voltage is applied to the first And the AC terminal 42 of each converter rim 36 is connected to an individual phase of the polyphase AC network 46. [ In this manner, in use, the DC link has a reversible DC link voltage applied therebetween.

제 1 및 제 2 림부(38, 40)의 각각은 체인-링크 컨버터(50)와 직렬 연결되는 이차 수동 전류 체크 소자(48)를 포함한다.Each of the first and second rims 38, 40 includes a secondary passive current check element 48 connected in series with the chain-link converter 50.

각각의 이차 수동 전류 체크 소자(48)는 다이오드의 형태이다. 제 1 림부(38)에서의 이차 수동 전류 체크 소자(48)는 제 1 림부(38)를 통해 흐르는 전류가 AC 단자(42)로부터 제 1 DC 단자(32)로만 흐를 수 있도록 구현된다. 제 2 림부(40)에서의 이차 수동 전류 체크 소자(48)는 제 2 림부(40)를 통해 흐르는 전류가 제 2 DC 단자(34)로부터 AC 단자(42)로만 흐를 수 있도록 구현된다.Each secondary passive current check element 48 is in the form of a diode. The secondary passive current check element 48 at the first rim 38 is implemented such that the current flowing through the first rim 38 can flow from the AC terminal 42 to the first DC terminal 32 only. The secondary passive current check element 48 at the second rim 40 is implemented such that the current flowing through the second rim 40 can only flow from the second DC terminal 34 to the AC terminal 42. [

본 발명의 다른 실시예에서, 이차 수동 전류 체크 소자(48)는 복수 개의 직렬-연결된 이차 수동 전류 체크 소자에 의하여 대체될 수도 있다는 것이 예상된다.In another embodiment of the present invention, it is contemplated that the secondary passive current check element 48 may be replaced by a plurality of series-connected secondary passive current check elements.

각각의 체인-링크 컨버터(50)는 복수 개의 직렬-연결된 개선 모듈(52)을 포함한다.Each chain-link converter 50 includes a plurality of serial-connected enhancement modules 52.

도 3 은 각각의 개선 모듈(52)의 구조를 개략적인 형태로 도시한다.Figure 3 shows the structure of each enhancement module 52 in schematic form.

각각의 개선 모듈(52)은 제 1 및 제 2 세트의 직렬-연결된 전류 흐름 제어 소자(54) 및 커패시터(56)의 형태인 에너지 스토리지 디바이스를 가진다. 제 1 및 제 2 세트의 직렬-연결된 전류 흐름 제어 소자(54)는 풀-브리지 구성에서 커패시터(56)와 병렬 연결된다. 각각의 세트의 전류 흐름 제어 소자(54) 포함 일차 능동 스위칭 소자 일차 수동 전류 체크 소자와 직렬 연결된다.Each enhancement module 52 has an energy storage device in the form of a first and a second set of series-connected current flow control elements 54 and capacitors 56. The first and second sets of series-connected current flow control elements 54 are connected in parallel with the capacitor 56 in a full-bridge configuration. Primary Active Switching Element Including Each Set of Current Flow Control Elements 54 In series with the primary passive current check element.

각각의 일차 능동 스위칭 소자는 반-병렬 다이오드와 병렬로 연결된 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 형태인 반도체 디바이스에 의하여 구성된다. 각각의 일차 능동 스위칭 소자가 상이한 능동 스위칭 소자로써 대체될 수도 있다는 것이 예상된다. 예를 들어, 본 발명의 다른 실시예에서, 각각의 IGBT는 게이트 턴-오프 사이리스터, 필드 효과 트랜지스터, 전자주입 촉진횐 게이트 트랜지스터(injection-enhanced gate transistor), 집적 게이트 정유성 사이리스터(integrated gate commutated thyristor) 또는 임의의 다른 자기-정유성 반도체 디바이스(self-commutated semiconductor device)에 의하여 대체될 수도 있다.Each primary active switching element is constituted by a semiconductor device in the form of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) connected in parallel with a semi-parallel diode. It is expected that each primary active switching element may be replaced by a different active switching element. For example, in another embodiment of the present invention, each IGBT may include a gate turn-off thyristor, a field effect transistor, an injection-enhanced gate transistor, an integrated gate commutated thyristor, Or may be replaced by any other self-commutated semiconductor device.

각각의 일차 수동 전류 체크 소자는 다이오드의 형태이다.Each primary passive current check element is in the form of a diode.

각각의 개선 모듈(52)의 커패시터(56)는 전류 흐름 제어 소자(54)의 상태를 변경시킴으로써 선택적으로 바이패스 되거나 대응하는 체인-링크 컨버터(50)로 삽입된다. 이것은 전류(58)를 커패시터(56)를 통과하도록 선택적으로 디렉팅하거나 전류(58)가 커패시터(56)를 바이 패스하도록 야기하여, 개선 모듈(52)이 음의, 제로 또는 양의 전압을 제공하도록 한다.The capacitor 56 of each enhancement module 52 is selectively bypassed by changing the state of the current flow control element 54 or inserted into the corresponding chain-link converter 50. This directs the current 58 to pass through the capacitor 56 or causes the current 58 to bypass the capacitor 56 so that the improvement module 52 provides a negative, .

개선 모듈(52)의 커패시터(56)는 개선 모듈(52) 내의 전류 흐름 제어 소자(54)가 개선 모듈(52) 내에서 단락 회로를 형성하도록 구성되는 경우에 바이패스된다. 이것은 대응하는 체인-링크 컨버터(50) 내의 전류(58)가 단락 회로를 통과하여 지나가고 커패시터(56)를 바이 패스하도록 하며, 따라서 개선 모듈(52)은 제로 전압을 제공하는데, 즉 개선 모듈(52)은 바이패스 모드(bypassed mode)로 구성된다.The capacitor 56 of the enhancement module 52 is bypassed when the current flow control element 54 in the enhancement module 52 is configured to form a short circuit within the enhancement module 52. [ This allows the current 58 in the corresponding chain-link converter 50 to pass through the short circuit and bypass the capacitor 56 so that the improvement module 52 provides a zero voltage, ) Is configured in a bypassed mode.

개선 모듈(52)의 커패시터(56)는 개선 모듈(52) 내의 전류 흐름 제어 소자(54)가 대응하는 체인-링크 컨버터(50) 내의 전류(58)가 커패시터(56)로 그리고 그 밖으로 흐르도록 허용하게 구성되는 경우에 대응하는 체인-링크 컨버터(50) 내로 삽입된다. 그러면 커패시터(56)는 비-제로 전압을 제공하기 위하여 자신의 저장된 에너지를 충전 또는 방전하는데, 즉 개선 모듈(52)은 비-바이패스 모드에서 구성된다. 개선 모듈(52)의 풀-브리지 구성은 개선 모듈(52) 내의 전류 흐름 제어 소자(54)의 구성이 전류(58)가 어느 한 방향에서 커패시터(56) 내로 그리고 그 밖으로 흘러가도록 야기하게 허용하며, 따라서 개선 모듈(52)은 비-바이패스 모드에서 음의 또는 양의 전압을 제공하도록 구성될 수 있다.The capacitor 56 of the improvement module 52 is controlled such that the current 58 in the corresponding chain-link converter 50 of the current flow control element 54 in the improvement module 52 flows into and out of the capacitor 56 And is inserted into the corresponding chain-link converter 50 when it is configured to allow it. The capacitor 56 then charges or discharges its stored energy to provide a non-zero voltage, i. E. The remediation module 52 is configured in a non-bypass mode. The full-bridge configuration of the enhancement module 52 allows the configuration of the current flow control element 54 in the enhancement module 52 to cause the current 58 to flow into and out of the capacitor 56 in either direction , And thus the remediation module 52 may be configured to provide a negative or positive voltage in the non-bypass mode.

한편 개선 모듈(52) 내의 각각의 세트의 전류 흐름 제어 소자(54)의 일차 수동 전류 체크 소자 및 일차 능동 스위칭 소자의 직렬 연결은 개선 모듈(52)을 통과하는 전류(58)의 흐름을 단일 방향으로 제한한다. 이와 같이, 각각의 개선 모듈(52)은 제 1 림부(38)에서 흐르는 전류가 AC 단자(42)로부터 제 1 DC 단자(32)로만 흐를 수 있도록, 그리고 제 2 림부(40)에서 흐르는 전류가 제 2 DC 단자(34)로부터 AC 단자(42)로만 흐를 수 있도록 구현된다.On the one hand, the series connection of the primary passive current check element and the primary active switching element of the current flow control element 54 of each set in the improvement module 52 causes the flow of the current 58 through the improvement module 52 to flow in a single direction . As such, each refinement module 52 is configured such that the current flowing in the first rim portion 38 can flow only from the AC terminal 42 to the first DC terminal 32, and the current flowing in the second rim portion 40 And can flow from the second DC terminal 34 to the AC terminal 42 only.

이러한 방식으로 제 1 및 제 2 세트의 직렬-연결된 전류 흐름 제어 소자(54)는 풀-브리지 구성에서 개별적인 커패시터(56)와 병렬 연결되어, 전류를 단일 방향에서 도통시키는 동안 제로, 양의 또는 음의 전압을 제공할 수 있는 2-쿼드런트(quadrant) 바이폴라 개선 모듈을 정의한다.In this manner, the first and second sets of series-connected current flow control elements 54 are connected in parallel with the individual capacitors 56 in a full-bridge configuration to provide zero, positive, or negative Quot; bipolar " improvement module capable of providing a < / RTI >

각각 자기 자신의 전압을 제공하는 다중 개선 모듈(52)의 커패시터(56)를 각각의 체인-링크 컨버터(50)로 삽입하는 것을 통하여, 자신의 개개의 개선 모듈(52)의 각각으로부터 이용가능한 전압 보다 더 높은 결합 전압을 각각의 체인-링크 컨버터(50) 양단에 유도하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로 각각의 개선 모듈(52) 내의 전류 흐름 제어 소자(54)의 스위칭은 각각의 체인-링크 컨버터(50)가 스텝형 가변 전압원을 제공하도록 야기하는데, 이것은 스텝-식(step-wise) 근사화를 사용하여 각각의 체인-링크 컨버터(50) 양단에 전압 파형의 생성을 허락한다.Through the insertion of the capacitors 56 of the multiple refinement module 52, each providing its own voltage, into each chain-link converter 50, the voltage available from each of its respective refinement modules 52 It is possible to induce a higher coupling voltage across each chain-link converter 50. [ Switching of the current flow control element 54 in each of the improvement modules 52 in this manner causes each chain-link converter 50 to provide a stepped variable voltage source, which is a step- The approximation is used to allow the generation of a voltage waveform across each chain-link converter 50.

본 발명의 다른 실시예에서, 각각의 개선 모듈(52) 내의 커패시터(56)는 에너지를 저장하고 방출할 수 있는 다른 타입의 에너지 스토리지 디바이스, 예를 들어 배터리 또는 연료 셀에 의하여 대체될 수도 있다는 것이 예상된다.In another embodiment of the invention, the capacitor 56 in each enhancement module 52 may be replaced by another type of energy storage device capable of storing and emitting energy, for example a battery or fuel cell It is expected.

제 1 전력 전자 컨버터(30)는 각각의 림부(38, 40) 내의 각각의 개선 모듈(52)을 스위칭하여(즉 각각의 개선 모듈(52)의 전류 흐름 제어 소자(54)의 스위칭을 제어하여) 대응하는 AC 단자(42)에서의 AC 전압의 구성을 제어하는 제 1 제어기(60)를 더 포함한다.The first power electronics converter 30 switches each improvement module 52 in each rim 38 and 40 to control the switching of the current flow control elements 54 of each improvement module 52 ) And a first controller (60) for controlling the configuration of the AC voltage at the corresponding AC terminal (42).

본 명세서의 목적을 위하여, 제 1 전력 전자 컨버터(30)의 동작은 자신의 컨버터 림(36) 중 하나를 참조하여 설명된다. 제 1 전력 전자 컨버터(30)의 컨버터 림(36) 중 하나의 설명된 동작이 필요한 부분만 약간 수정하여 다른 두 개의 컨버터 림(36)의 동작에 적용된다는 것이 인정될 것이다.For purposes of this disclosure, the operation of the first power electronic converter 30 is described with reference to one of its converter rims 36. [ It will be appreciated that the described operation of one of the converter rims 36 of the first power electronic converter 30 is applied to the operation of the other two converter rims 36 with only minor modifications to the required portions.

사용 시에, 제 1 전력 전자 컨버터(30)는 전력을 AC-DC 전력 전송 모드에서 AC 망(46)으로부터 DC 망(44)으로 전송하도록 동작가능하다. 도 4a 에 도시된 바와 같이, DC 망(44)의 제 1 단자는 +100 kV의 DC 전압을 운반하고, DC 망(44)의 제 2 단자는 -100kV의 DC 전압을 운반하며, AC 망(46)의 AC 전압은 -127 kV 및 +127 kV 사이에서 변동한다.In use, the first power electronic converter 30 is operable to transmit power from the AC network 46 to the DC network 44 in an AC-DC power transmission mode. 4A, the first terminal of the DC network 44 carries a DC voltage of +100 kV, the second terminal of the DC network 44 carries a DC voltage of -100 kV, and the AC network 46) fluctuates between -127 kV and +127 kV.

각각의 림부(38, 40) 내의 체인-링크 컨버터(50)는 그들 사이에서 227 kV의 최대 전압을 제공할 수 있도록 등급결정된다(rated).The chain-link converter 50 in each rim 38, 40 is rated to provide a maximum voltage of 227 kV between them.

이것은 제 1 림부(38) 내의 체인-링크 컨버터(50)가 AC 단자(42)에서 0 kV 내지 127 kV 사이에서 연장하는 전압 범위 내의 AC 전압을 합성하기에 필요한 가변 전압을 제공하도록 이네이블하고, 제 2 림부(40) 내의 체인-링크 컨버터(50)가 AC 단자(42)에서 0 kV 내지 -127 kV 사이에서 연장하는 전압 범위 내의 AC 전압을 합성하기에 필요한 가변 전압을 제공하도록 이네이블한다.This enables the chain-link converter 50 in the first rim 38 to provide a variable voltage needed to synthesize an AC voltage within a voltage range extending between 0 kV and 127 kV at the AC terminal 42, To enable the chain-link converter 50 in the second rim 40 to provide a variable voltage needed to synthesize an AC voltage within a voltage range extending between 0 kV and -127 kV at the AC terminal 42. [

제 1 및 제 2 림부(38, 40) 내의 이차 수동 전류 체크 소자(48)는 어떤 림부가 통전 상태이고 따라서 AC 단자(42)에서 AC 전압을 합성하기 위하여 사용중인지를 진술한다. AC 단자(42)에서의 AC 전압의 구성은 제 1 및 제 2 AC 전압 성분(62)을 다음과 같이 결합함으로써 제어된다.The secondary passive current check element 48 in the first and second rims 38,40 stipulates which rim is in the energized state and thus is being used to synthesize the AC voltage at the AC terminal 42. [ The configuration of the AC voltage at the AC terminal 42 is controlled by combining the first and second AC voltage components 62 as follows.

제 1 AC 전압 성분(62)을 구성하기 위하여, 제 1 림부(38)는 순방향 바이어스되는 제 2 수동 전류 체크 소자(48)를 통하여 도통 상태에 있고 제 1 제어기(60)는 제 1 림부(38) 내의 각각의 개선 모듈(52)의 전류 흐름 제어 소자(54)의 스위칭을 제어하여 전압 스텝을 제 1 DC 단자(32)에서의 +100kV의 전압에 가산 및 감산, 즉 "푸시 업" 및 "풀 다운"한다. 제 1 AC 전압 성분(62)은 양의 AC 전류(64)가 AC 단자(42)로 흘러들어갈 때에 +127 kV의 피크 값을 가진 양의 하프-정현 전압 파형의 형태로 구성된다.To configure the first AC voltage component 62, the first rim 38 is in a conducting state through a second passive current check element 48 that is forward biased and the first controller 60 is in a conductive state through the first rim 38 Control of the current flow control element 54 of each enhancement module 52 in the first DC terminal 32 to add and subtract the voltage step to the voltage of +100 kV at the first DC terminal 32, Pull down ". The first AC voltage component 62 is configured in the form of a positive half-sine voltage waveform having a peak value of +127 kV when a positive AC current 64 flows into the AC terminal 42.

한편 제 2 림부(40)는 역방향 바이어스되는 그것의 제 2 수동 전류 체크 소자(48)에 의하여 비-도통 상태에 있고, 따라서 그들 사이에서 차분 전압을 경험하는데, 차분 전압은 AC 단자(42) 및 제 2 DC 단자(34)에서의 전압 사이의 차분이다. 따라서, 비-도통 상태에 있는 제 2 림부(40)에 의하여 경험되는 차분 전압은 100 kV 및 227 kV 사이에서 변동하고, 0 내지 127 kV 사이의 범위를 갖는 전압을 차폐하도록 등급결정된 이차 수동 전류 체크 소자(48) 및 100 kV의 전압을 차폐하도록 구성되는 체인-링크 컨버터(50) 사이에서 공유된다.While the second rim 40 is in a non-conducting state by its second passive current check element 48, which is reverse biased and thus experiences a differential voltage between them, Is the difference between the voltages at the second DC terminal (34). Thus, the differential voltage experienced by the second rim 40 in the non-conducting state fluctuates between 100 kV and 227 kV, and a secondary passive current check that is rated to shield the voltage between 0 and 127 kV Element 48 and a chain-link converter 50 configured to shield a voltage of 100 kV.

제 2 AC 전압 성분을 구성하기 위하여, 제 2 림부(40)는 순방향 바이어스되는 제 2 수동 전류 체크 소자(48)를 통하여 도통 상태에 있고 제 1 제어기(60)는 제 2 림부(40) 내의 각각의 개선 모듈(52)의 전류 흐름 제어 소자(54)의 스위칭을 제어하여 전압 스텝을 제 2 DC 단자(32)에서의 -100kV의 전압에 가산 및 감산, 즉 "푸시 업" 및 "풀 다운"한다. 제 2 AC 전압 성분은 음의 AC 전류가 AC 단자(42)로 흘러들어갈 때에 -127 kV의 피크 값을 가진 음의 하프-정현 전압 파형의 형태로 구성된다.To configure the second AC voltage component, the second rim 40 is in a conducting state through a second passive current check element 48 that is forward biased and the first controller 60 is energized in the second rim 40 Up "and" pull down "by controlling the switching of the current flow control element 54 of the improvement module 52 of the first DC terminal 32 to add and subtract the voltage step to the voltage of -100 kV at the second DC terminal 32, do. The second AC voltage component is configured in the form of a negative half-sine voltage waveform having a peak value of -127 kV when a negative AC current flows into the AC terminal 42.

한편 제 1 림부(38)는 역방향 바이어스되는 그것의 제 2 수동 전류 체크 소자(48)에 의하여 비-도통 상태에 있고, 따라서 그들 사이에서 차분 전압을 경험하는데, 차분 전압은 AC 단자(42) 및 제 1 DC 단자(32)에서의 전압 사이의 차분이다. 따라서, 비-도통 상태에 있는 제 1 림부(38)에 의하여 경험되는 차분 전압은 100 kV 및 227 kV 사이에서 변동하고, 0 내지 127 kV 사이의 범위를 갖는 전압을 차폐하도록 등급결정된 이차 수동 전류 체크 소자(48) 및 100 kV의 전압을 차폐하도록 구성되는 체인-링크 컨버터(50) 사이에서 공유된다.Conversely, the first rim 38 is non-conducting by its second passive current check element 48, which is reverse biased, and thus experiences a differential voltage between them, Is the difference between the voltages at the first DC terminal 32. [ Thus, the difference voltage experienced by the first rim 38 in the non-conducting state fluctuates between 100 kV and 227 kV, and a secondary passive current check that is rated to shield the voltage between 0 and 127 kV Element 48 and a chain-link converter 50 configured to shield a voltage of 100 kV.

한 듀티 사이클 동안의 제 1 및 제 2 AC 전압 성분(62)의 조합은 결과적으로 AC 단자(42)에 +127 kV 및 -127 kV의 피크 값을 가지는 정현 AC 전압의 합성을 초래한다. 이러한 방식으로 제 1 전력 전자 컨버터(30)는 AC 단자(42)에서의 AC 전압의 구성이 AC-DC 전력 전송 모드에서 AC 망(46)으로부터 DC 망(44)으로 전력을 전송하도록 제어한다.The combination of the first and second AC voltage components 62 during one duty cycle results in the synthesis of a sinusoidal AC voltage having a peak value of +127 kV and -127 kV at the AC terminal 42. In this manner, the first power electronic converter 30 controls the configuration of the AC voltage at the AC terminal 42 to transfer power from the AC network 46 to the DC network 44 in the AC-DC power transmission mode.

사용 시에, 제 1 전력 전자 컨버터(30)는 전력을 DC-AC 전력 전송 모드에서 DC 망(44)으로부터 AC 망(46)으로 전송하도록 동작가능하다. 도 4b 에 도시된 바와 같이, DC-AC 전력 전송 모드에서, DC 링크 사이의 DC 링크 전압의 극성은 반전된다. 특히, DC-AC 전력 전송 모드에서, DC 망(44)의 제 1 단자는 -100 kV의 DC 전압을 운반하고 DC 망(44)의 제 2 단자는 +100kV의 DC 전압을 운반한다. 한편 AC 망(46)의 AC 전압은 -127 kV 및 +127 kV 사이에서 변동한다.In use, the first power electronic converter 30 is operable to transmit power from the DC network 44 to the AC network 46 in a DC-AC power transmission mode. 4B, in the DC-AC power transfer mode, the polarity of the DC link voltage between the DC links is inverted. Specifically, in the DC-AC power transfer mode, the first terminal of the DC network 44 carries a DC voltage of -100 kV and the second terminal of the DC network 44 carries a DC voltage of +100 kV. While the AC voltage of the AC network 46 varies between -127 kV and +127 kV.

DC-AC 전력 전송 모드에서, AC 단자(42)에서의 AC 전압의 구성은 제 1 및 제 2 AC 전압 성분(66)을 다음과 같이 결합함으로써 제어된다.In the DC-AC power transfer mode, the configuration of the AC voltage at the AC terminal 42 is controlled by combining the first and second AC voltage components 66 as follows.

제 1 AC 전압 성분(66)을 구성하기 위하여, 제 2 림부(40)는 도통 상태에 있고 제 1 제어기(60)는 제 2 림부(40) 내의 각각의 개선 모듈(52)의 전류 흐름 제어 소자(54)의 스위칭을 제어하여 전압 스텝을 제 2 DC 단자(34)에서의 +100kV의 전압에 가산 및 감산, 즉 "푸시 업" 및 "풀 다운"한다. 제 1 AC 전압 성분(66)은 음의 AC 전류(68)가 AC 단자(42)로부터 흘러나갈 때에 +127 kV의 피크 값을 가진 양의 하프-정현 전압 파형의 형태로 구성된다.The second rim portion 40 is in a conductive state and the first controller 60 is connected to the current flow control element 52 of each of the improvement modules 52 in the second rim portion 40. In order to configure the first AC voltage component 66, The voltage step is added and subtracted, i.e. "pushed up" and "pulled down" to the voltage of +100 kV at the second DC terminal 34. [ The first AC voltage component 66 is configured in the form of a positive half-sine voltage waveform having a peak value of +127 kV as the negative AC current 68 flows out of the AC terminal 42.

한편 제 1 림부(38)는 비-도통 상태에 있고, 따라서 그들 사이에서 차분 전압을 경험하는데, 차분 전압은 AC 단자(42) 및 제 1 DC 단자(32)에서의 전압 사이의 차분이다. 따라서, 비-도통 상태에 있는 제 1 림부(38)에 의하여 경험되는 차분 전압은 100 kV 및 227 kV 사이에서 변동하며, 100 kV 및 227 kV 사이에서 변동하는 전압을 차폐하도록 구성되는 체인-링크 컨버터(50)에 의하여 전체적으로 지지된다. 제 1 림부(38) 내의 이차 수동 전류 체크 소자(48)는 DC 링크 사이의 DC 링크 전압의 극성의 반전에 의하여 통전 상태로 강제되고, 따라서 차분 전압의 일부를 차폐할 수 있도록 렌더링된다.The first rim 38, on the other hand, is in a non-conducting state and therefore experiences a differential voltage between them, the difference voltage being the difference between the voltage at the AC terminal 42 and the voltage at the first DC terminal 32. Thus, the differential voltage experienced by the first rim 38 in the non-conducting state fluctuates between 100 kV and 227 kV, and the chain-link converter, which is configured to shield a voltage that varies between 100 kV and 227 kV, (50). The secondary passive current check element 48 in the first rim 38 is forced into the energized state by the inversion of the polarity of the DC link voltage between the DC links and thus rendered to be able to shield some of the differential voltage.

제 2 AC 전압 성분를 구성하기 위하여, 제 1 림부(38)는 도통 상태에 있고 제 1 제어기(60)는 제 1 림부(38) 내의 각각의 개선 모듈(52)의 전류 흐름 제어 소자(54)의 스위칭을 제어하여 전압 스텝을 제 1 DC 단자(32)에서의 -100kV의 전압에 가산 및 감산, 즉 "푸시 업" 및 "풀 다운"한다. 제 2 AC 전압 성분은 양의 AC 전류가 AC 단자(42)로부터 흘러나갈 때에 -127 kV의 피크 값을 가진 음의 하프-정현 전압 파형의 형태로 구성된다.The first rim 38 is in a conductive state and the first controller 60 is connected to the current control element 54 of each enhancement module 52 in the first rim 38, Controls the switching to add and subtract, or "push up" and "pull down" the voltage step to a voltage of -100 kV at the first DC terminal 32. The second AC voltage component is configured in the form of a negative half-sine voltage waveform having a peak value of -127 kV when a positive AC current flows out of the AC terminal 42.

한편 제 2 림부(40)는 비-도통 상태에 있고, 따라서 그들 사이에서 차분 전압을 경험하는데, 차분 전압은 AC 단자(42) 및 제 2 DC 단자(34)에서의 전압 사이의 차분이다. 따라서, 비-도통 상태에 있는 제 2 림부(40)에 의하여 경험되는 차분 전압은 100 kV 및 227 kV 사이에서 변동하며, 100 kV 및 227 kV 사이에서 변동하는 전압을 차폐하도록 구성되는 체인-링크 컨버터(50)에 의하여 전체적으로 지지된다. 제 2 림부(40) 내의 이차 수동 전류 체크 소자(48)는 DC 링크 사이의 DC 링크 전압의 극성의 반전에 의하여 통전 상태로 강제되고, 따라서 차분 전압의 일부를 차폐할 수 있도록 렌더링된다.While the second rim 40 is in a non-conducting state and thus experiences a differential voltage between them, the difference voltage being the difference between the voltage at the AC terminal 42 and the voltage at the second DC terminal 34. Thus, the differential voltage experienced by the second rim 40 in the non-conducting state varies between 100 kV and 227 kV, and the chain-link converter, which is configured to shield a voltage varying between 100 kV and 227 kV, (50). The secondary passive current check element 48 in the second rim 40 is forced into the energized state by the inversion of the polarity of the DC link voltage between the DC links and thus rendered to be able to shield some of the differential voltage.

한 듀티 사이클 동안의 제 1 및 제 2 AC 전압 성분(66)의 조합은 결과적으로 AC 단자(42)에 +127 kV 및 -127 kV의 피크 값을 가지는 정현 AC 전압의 합성을 초래한다. 이러한 방식으로 제 1 전력 전자 컨버터(30)는 AC 단자(42)에서의 AC 전압의 구성이 DC-AC 전력 전송 모드에서 DC 망(44)으로부터 AC 망(46)으로 전력을 전송하도록 제어한다.The combination of the first and second AC voltage components 66 during one duty cycle results in the synthesis of a sinusoidal AC voltage having a peak value of +127 kV and -127 kV at the AC terminal 42. In this manner, the first power electronic converter 30 controls the configuration of the AC voltage at the AC terminal 42 to transfer power from the DC network 44 to the AC network 46 in the DC-AC power transmission mode.

각각의 체인-링크 컨버터(50)가 그들 사이에서 227 kV의 전압을 제공하도록 이네이블하기 위한 체인-링크 컨버터(50)의 등급에서의 증가는, 각각의 체인-링크 컨버터(50)가 DC-AC 전력 전송 모드에서 비-도통 상태에 있는 대응하는 림부(38, 40)에 의하여 경험되는 전체 차분 전압을 지지하도록 이네이블한다. 이에 반해, 각각의 체인-링크 컨버터(50) 양단의 100 kV의 전압 등급은 비록 AC 단자(42)에서 대응하는 AC 전압 성분(66)을 합성하기에 충분하지만, DC-AC 전력 전송 모드에서 비-도통 상태에 있는 대응하는 림부(38, 40)에 의하여 경험되는 전체 차분 전압을 지원하기에는 불충분하다.The increase in the rating of the chain-link converter 50 for enabling each chain-link converter 50 to provide a voltage of 227 kV therebetween is such that each chain- In the AC power transfer mode, to support the entire differential voltage experienced by the corresponding rim 38, 40 in a non-conducting state. In contrast, the voltage rating of 100 kV across each chain-link converter 50 is sufficient to synthesize the corresponding AC voltage component 66 at the AC terminal 42, Is insufficient to support the entire differential voltage experienced by the corresponding rim 38, 40 in the conduction state.

그러므로 위에서 진술된 방식인 각각의 체인-링크 컨버터(50)의 구성은 비대칭 전력 전송 기능성을 가지는 전력 전자 컨버터(30)를 생성하는데, 여기에서 전력 전자 컨버터(30)는 AC-DC 전력 전송 모드 및 DC-AC 전력 전송 모드 모두에서 풀 전력 전송 기능성을 제공한다.Thus, the configuration of each chain-link converter 50 in the manner described above produces a power electronic converter 30 with asymmetric power transfer functionality wherein the power electronic converter 30 is in an AC-DC power transfer mode and It provides full power transfer functionality in both DC-AC power transfer modes.

AC 단자(42)에서의, 제 1 및 제 2 DC 단자(32, 34)에서의 개별적인 DC 전압보다 27% 더 높은 피크 값을 가진 AC 전압의 구성은, 각각의 체인-링크 컨버터(50)에 의하여 제공되는 전압 및 각각의 체인-링크 컨버터(50)를 통과하여 흐르는 전류의 곱이 듀티 사이클의 절반 동안 각각의 체인-링크 컨버터(50) 내에 제로 순 에너지 교환을 제공한다는 것을 의미한다. 추가적으로, 개선 모듈(52)의 구조는 개선 모듈(52)을 통해 흐르는 단방향성 전류가 커패시터(56)를 통하여 순방향 또는 역방향 중 하나에서 흐르도록 허용한다. 이것은 이제 선택적인 실시간 충전 및 방전을 허용하고, 이를 통하여 전력 전자 컨버터가 AC 망(46) 및 DC 망(44) 사이에서 전력을 전송하도록 동작되는 동안 각각의 개선 모듈(52) 내의 커패시터(56)!의 전압 레벨의 제어를 허용한다.The configuration of the AC voltage at the AC terminal 42, which has a peak value 27% higher than the individual DC voltage at the first and second DC terminals 32 and 34, is connected to each chain-link converter 50 Means that the product of the voltage provided by each chain-link converter 50 and the current flowing through each chain-link converter 50 provides a zero-net energy exchange within each chain-link converter 50 during half of the duty cycle. Additionally, the structure of the enhancement module 52 allows unidirectional current flowing through the enhancement module 52 to flow in either forward or reverse direction through the capacitor 56. This now permits selective real-time charging and discharging whereby the capacitor 56 in each enhancement module 52 is operated while the power electronic converter is operated to transmit power between the AC network 46 and the DC network 44. [ Allow control of the voltage level of!

각각의 림부(38, 40) 내의 이차 수동 전류 체크 소자(48) 및 체인-링크 컨버터(50)를 직렬연결한다는 것은 각각의 림부(38, 40)가 체인-링크 컨버터(50)와 직렬 연결되는 능동 스위칭 소자가 어떤 림부가 통전 상태인지를 진술하도록 요구하지 않는다는 것을 의미한다. 이것은 더 비용-효율적이고 신뢰가능한 전력 전자 컨버터가 제작되도록 하는데, 이것은 수동 전류 체크 소자가 능동 스위칭 소자보다 더 가볍고, 더 작으며, 더 간단하기 때문이다.The series connection of the secondary passive current check element 48 and the chain-link converter 50 in each of the rim portions 38 and 40 allows the respective rim portions 38 and 40 to be connected in series with the chain- It means that the active switching element does not require any rim to state that it is energized. This allows a more cost-effective and reliable power electronic converter to be fabricated because the passive current check element is lighter, smaller, and simpler than the active switching element.

제 1 전력 전자 컨버터(30)의 구성은 결과적으로 AC 및 DC 망(46, 44)을 연결하고 전력을 AC 망(46)으로부터 DC 망(44)으로 전력을 전송하기 위한 소형 경량의 저비용의 효율적이고 신뢰성있는 수단을 초래한다.The configuration of the first power electronic converter 30 consequently connects the AC and DC networks 46 and 44 and allows power to be transmitted from the AC network 46 to the DC network 44 in a compact and lightweight, And results in a reliable means.

본 발명의 제 2 실시예에 따르는 제 2 전력 전자 컨버터(130)가 도 5 에 도시된다. 도 5 의 제 2 전력 전자 컨버터(130)의 구조 및 동작은 도 2 의 제 1 전력 전자 컨버터(30)의 구조 및 동작과 유사하고, 유사한 특징으로 동일한 부재 번호를 공유한다.A second power electronic converter 130 according to a second embodiment of the present invention is shown in Fig. The structure and operation of the second power electronic converter 130 of FIG. 5 is similar to the structure and operation of the first power electronic converter 30 of FIG. 2, and shares the same member numbers with similar features.

제 2 전력 전자 컨버터(130)는, 제 2 전력 전자 컨버터(130)에서 각각의 림부(38, 40) 내의 체인-링크 컨버터(50)가 그들 사이에서 227 kV의 최대 전압 대신에 그들 사이에서 137 kV의 최대 전압을 제공할 수 있도록 등급결정된다는 점에서 제 1 전력 전자 컨버터(30)와는 상이하다.The second power electronic converter 130 is configured such that the chain-link converter 50 in each of the rim portions 38,40 in the second power electronic converter 130 has 137 < RTI ID = 0.0 >lt; RTI ID = 0.0 > kV. < / RTI >

사용 시에, 제 2 전력 전자 컨버터(130)는 전력을 AC-DC 전력 전송 모드에서 AC 망(46)으로부터 DC 망(44)으로 전송하도록 동작가능하다. AC-DC 전력 전송 모드에서 제 2 전력 전자 컨버터(130)의 동작은 AC-DC 전력 전송 모드에서 제 1 전력 전자 컨버터(30)의 앞서 설명된 동작과 동일하다.In use, the second power electronic converter 130 is operable to transmit power from the AC network 46 to the DC network 44 in an AC-DC power transfer mode. The operation of the second power electronic converter 130 in the AC-DC power transfer mode is the same as the previously described operation of the first power electronic converter 30 in the AC-DC power transfer mode.

사용 시에, 제 2 전력 전자 컨버터(130)는 전력을 DC-AC 전력 전송 모드에서 DC 망(44)으로부터 AC 망(46)으로 전송하도록 동작가능하다. DC-AC 전력 전송 모드에서, DC 링크 사이의 DC 링크 전압의 극성은 반전된다. 특히, DC-AC 전력 전송 모드에서, DC 망(44)의 제 1 단자는 -10 kV의 DC 전압을 운반하고 DC 망(44)의 제 2 단자는 +10kV의 DC 전압을 운반한다. 한편 AC 망(46)의 AC 전압은 -127 kV 및 +127 kV 사이에서 변동한다.In use, the second power electronic converter 130 is operable to transmit power from the DC network 44 to the AC network 46 in a DC-AC power transmission mode. In the DC-AC power transfer mode, the polarity of the DC link voltage between the DC links is inverted. Specifically, in the DC-AC power transfer mode, the first terminal of the DC network 44 carries a DC voltage of -10 kV and the second terminal of the DC network 44 carries a DC voltage of +10 kV. While the AC voltage of the AC network 46 varies between -127 kV and +127 kV.

DC-AC 전력 전송 모드에서, AC 단자(42)에서의 AC 전압의 구성은 제 1 및 제 2 AC 전압 성분(70)을 다음과 같이 결합함으로써 제어된다.In the DC-AC power transfer mode, the configuration of the AC voltage at the AC terminal 42 is controlled by combining the first and second AC voltage components 70 as follows.

제 1 AC 전압 성분(70)을 구성하기 위하여, 제 2 림부(40)는 도통 상태에 있고 제 1 제어기(60)는 제 2 림부(40) 내의 각각의 개선 모듈(52)의 전류 흐름 제어 소자(54)의 스위칭을 제어하여 전압 스텝을 제 2 DC 단자(34)에서의 +10kV의 전압에 가산 및 감산, 즉 "푸시 업" 및 "풀 다운"한다. 제 1 AC 전압 성분(70)은 음의 AC 전류(72)가 AC 단자(42)로부터 흘러나갈 때에 +127 kV의 피크 값을 가진 양의 하프-정현 전압 파형의 형태로 구성된다.The second rim portion 40 is in a conductive state and the first controller 60 is connected to the current flow control element 42 of each of the improvement modules 52 in the second rim portion 40. In order to configure the first AC voltage component 70, The voltage step is added and subtracted, i.e. "push-up" and "pulled down" to the voltage of +10 kV at the second DC terminal 34. [ The first AC voltage component 70 is configured in the form of a positive half-sine voltage waveform having a peak value of +127 kV as the negative AC current 72 flows out of the AC terminal 42.

한편 제 1 림부(38)는 비-도통 상태에 있고, 따라서 그들 사이에서 차분 전압을 경험하는데, 차분 전압은 AC 단자(42) 및 제 1 DC 단자(32)에서의 전압 사이의 차분이다. 따라서, 비-도통 상태에 있는 제 1 림부(38)에 의하여 경험되는 차분 전압은 10 kV 및 137 kV 사이에서 변동하며, 10 kV 및 137 kV 사이에서 변동하는 전압을 차폐하도록 구성되는 체인-링크 컨버터(50)에 의하여 전체적으로 지지된다. 제 1 림부(38) 내의 이차 수동 전류 체크 소자(48)는 DC 링크 사이의 DC 링크 전압의 극성의 반전에 의하여 통전 상태로 강제되고, 따라서 차분 전압의 일부를 차폐할 수 있도록 렌더링된다.The first rim 38, on the other hand, is in a non-conducting state and therefore experiences a differential voltage between them, the difference voltage being the difference between the voltage at the AC terminal 42 and the voltage at the first DC terminal 32. Thus, the differential voltage experienced by the first rim 38 in the non-conducting state fluctuates between 10 kV and 137 kV and is configured to shield voltages that vary between 10 kV and 137 kV, (50). The secondary passive current check element 48 in the first rim 38 is forced into the energized state by the inversion of the polarity of the DC link voltage between the DC links and thus rendered to be able to shield some of the differential voltage.

제 2 AC 전압 성분를 구성하기 위하여, 제 1 림부(38)는 도통 상태에 있고 제 1 제어기(60)는 제 1 림부(38) 내의 각각의 개선 모듈(52)의 전류 흐름 제어 소자(54)의 스위칭을 제어하여 전압 스텝을 제 1 DC 단자(32)에서의 -10kV의 전압에 가산 및 감산, 즉 "푸시 업" 및 "풀 다운"한다. 제 2 AC 전압 성분은 양의 AC 전류가 AC 단자(42)로부터 흘러나갈 때에 -127 kV의 피크 값을 가진 음의 하프-정현 전압 파형의 형태로 구성된다.The first rim 38 is in a conductive state and the first controller 60 is connected to the current control element 54 of each enhancement module 52 in the first rim 38, And controls the switching to add and subtract, or "push up" and "pull down ", the voltage step to a voltage of -10 kV at the first DC terminal 32. The second AC voltage component is configured in the form of a negative half-sine voltage waveform having a peak value of -127 kV when a positive AC current flows out of the AC terminal 42.

한편 제 2 림부(40)는 비-도통 상태에 있고, 따라서 그들 사이에서 차분 전압을 경험하는데, 차분 전압은 AC 단자(42) 및 제 2 DC 단자(34)에서의 전압 사이의 차분이다. 따라서, 비-도통 상태에 있는 제 2 림부(40)에 의하여 경험되는 차분 전압은 10 kV 및 137 kV 사이에서 변동하며, 10 kV 및 137 kV 사이에서 변동하는 전압을 차폐하도록 구성되는 체인-링크 컨버터(50)에 의하여 전체적으로 지지된다. 제 2 림부(40) 내의 이차 수동 전류 체크 소자(48)는 DC 링크 사이의 DC 링크 전압의 극성의 반전에 의하여 통전 상태로 강제되고, 따라서 차분 전압의 일부를 차폐할 수 있도록 렌더링된다.While the second rim 40 is in a non-conducting state and thus experiences a differential voltage between them, the difference voltage being the difference between the voltage at the AC terminal 42 and the voltage at the second DC terminal 34. Thus, the differential voltage experienced by the second rim 40 in the non-conducting state fluctuates between 10 kV and 137 kV and is configured to shield a voltage that varies between 10 kV and 137 kV, (50). The secondary passive current check element 48 in the second rim 40 is forced into the energized state by the inversion of the polarity of the DC link voltage between the DC links and thus rendered to be able to shield some of the differential voltage.

한 듀티 사이클 동안의 제 1 및 제 2 AC 전압 성분(70)의 조합은 결과적으로 AC 단자(42)에 +127 kV 및 -127 kV의 피크 값을 가지는 정현 AC 전압의 합성을 초래한다. 이러한 방식으로 제 2 전력 전자 컨버터(130)는 AC 단자(42)에서의 AC 전압의 구성이 DC-AC 전력 전송 모드에서 DC 망(44)으로부터 AC 망(46)으로 전력을 전송하도록 제어한다.The combination of the first and second AC voltage components 70 during one duty cycle results in the synthesis of a sinusoidal AC voltage having a peak value of +127 kV and -127 kV at the AC terminal 42. In this manner, the second power electronic converter 130 controls the configuration of the AC voltage at the AC terminal 42 to transfer power from the DC network 44 to the AC network 46 in the DC-AC power transmission mode.

각각의 체인-링크 컨버터(50)가 그들 사이에 227 kV의 최대 전압 대신에 그들 사이에 137 kV의 최대 전압을 제공하도록 이네이블하는 그것의 등급에서의 증가는, DC-AC 전력 전송 모드에서 전송가능한 전력을 AC-DC 전력 전송 모드에서 전송가능한 전력의 10% 가 되도록 제한하면서 각각의 체인-링크 컨버터(50)가 DC-AC 전력 전송 모드에서 비-도통 상태에 있는 대응하는 림부에 의하여 경험되는 전체 차분 전압을 지원하도록 이네이블한다.The increase in its class, which enables each chain-link converter 50 to provide a maximum voltage of 137 kV between them instead of a maximum voltage of 227 kV between them, is transmitted in DC-AC power transfer mode Each chain-link converter 50 is controlled by a corresponding rim in a non-conducting state in the DC-AC power transfer mode while limiting the possible power to 10% of the power available for transmission in the AC-DC power transfer mode Enable to support the full differential voltage.

본 발명의 다른 실시예에서, 각각의 림부(38, 40) 내의 체인-링크 컨버터(50)는 그들 사이에서 상이한 전압을 제공하여 DC-AC 전력 전송 모드에서 전송가능한 전력이 AC-DC 전력 전송 모드에서 전송가능한 전력의 상이한 퍼센티지가 되도록 제한할 수 있도록 등급화될 수도 있다는 것이 예상된다.In another embodiment of the invention, the chain-link converter 50 in each rim 38, 40 provides a different voltage therebetween so that the power transferable in the DC-AC power transfer mode is different from the AC- Lt; RTI ID = 0.0 > transmittable < / RTI >

그러므로 위에서 진술된 방식인 각각의 체인-링크 컨버터(50)의 구성은 비대칭 전력 전송 기능성을 가지는 전력 전자 컨버터(130)를 생성하는데, 여기에서 전력 전자 컨버터(130)는 AC-DC 전력 전송 모드에서 풀 전력 전송 기능성을 제공하고 DC-AC 전력 전송 모드에서 감소된 레벨로 전력 전송을 제공할 수 있다.Thus, the configuration of each chain-link converter 50 in the manner described above produces a power electronic converter 130 with asymmetric power transfer functionality wherein the power electronic converter 130 is in an AC-DC power transfer mode Provide full power transfer functionality and provide power transfer at reduced levels in DC-AC power transfer mode.

비대칭 전력 전송 기능성을 가진 전력 전자 컨버터(130)는 비대칭 전력 전송 요구 사항을 가진 특정 전력 전송 애플리케이션에서 완벽하게 수락가능하다. 예를 들어, 제 2 전력 전자 컨버터(130)는 DC 망(44)으로의 전력의 인출에 대해 큰 바이어스가 존재하고 전력을 인입시킬 최소의 필요성이 있는 전력 전송 애플리케이션에서 사용될 수도 있는데, 이것은 요구된 전력 전송이 주로 소스로부터 배전 그리드로 이루어지는 회생 풍력 및 조력 발전에서 발생하는 것과 같다. 전력을 인입시킬 최소한의 필요성은, 주된 무버(mover)(바람 또는 해파(waves))의 이용가능성이 요구된 양의 전력을 생성하기에 충분하기만 하다면 동작의 발전 모드로의 하드웨어 천이 이전에 풍력 및 조력 발전소의 하드웨어를 시동하거나 동작시키려는 목적을 위한 반대 방향에서의 감소된 레벨의 전력의 빈번하지 않은 송신에 관련될 수도 있다.The power electronic converter 130 with asymmetric power transfer functionality is perfectly acceptable in certain power transfer applications with asymmetric power transfer requirements. For example, the second power electronic converter 130 may be used in a power transmission application where there is a large bias for the withdrawal of power to the DC network 44 and there is a minimum need to draw power, The power transmission is the same as that occurring in regenerative wind power and tidal power generation, which mainly consists of a distribution grid from the source. The minimum need to draw power is that if the availability of the main mover (wind or waves) is sufficient to generate the required amount of power, And the infrequent transmission of reduced levels of power in the opposite direction for the purpose of starting or operating the hardware of the tidal power plant.

비대칭 전력 전송 기능성이 있는 제 2 전력 전자 컨버터(130)를 생성하기 위한 각각의 체인-링크 컨버터(50)의 구성은 결과적으로, 손실, 효율, 사이즈, 무게 및 비용의 관점에서 비대칭 전력 전송 요구 사항이 있는 전력 전송 애플리케이션에 대한 더 최적인 전력 전자 컨버터를 얻게 한다.The configuration of each chain-link converter 50 for generating the second power electronic converter 130 with asymmetric power transfer functionality results in asymmetric power transfer requirements in terms of loss, efficiency, size, weight and cost To obtain a more optimal power electronic converter for a power transfer application having a power supply.

더욱이, 각각의 림부(38, 40) 내의 이차 수동 전류 체크 소자(48) 및 체인-링크 컨버터(50)의 직렬-연결은 각각의 체인-링크 컨버터(50)가 AC-DC 전력 전송 모드에서 전체 차분 전압을 차폐할 수 있을 필요성을 제거하며, 따라서 각각의 체인-링크 컨버터(50)의 전압 등급에서의 감소를 허용한다. 그러므로 이것은 AC 및 DC 망(46, 44) 사이의 전력의 전송을 수행하기 위하여 요구되는 각각의 체인-링크 컨버터(50) 내의 개선 모듈(52)의 요구된 개수를 현저하게 감소시킨다.Moreover, the serial pass-through of the secondary passive current check element 48 and the chain-link converter 50 in each rim 38, 40 is such that each chain-link converter 50 is in an AC- Eliminating the need to be able to shield differential voltage, thus allowing a reduction in the voltage rating of each chain-link converter 50. This therefore significantly reduces the required number of improvement modules 52 in each chain-link converter 50 required to perform the transmission of power between the AC and DC networks 46,44.

본 발명의 다른 실시예에서, 각각의 림부(38, 40) 내의 이차 수동 전류 체크 소자(48)는 각각의 개선 모듈과 직렬 연결되는 하나 이상의 이차 능동 스위칭 소자에 의하여 대체될 수도 있다는 것이 예상된다.In another embodiment of the present invention, it is contemplated that the secondary passive current check element 48 in each rim 38, 40 may be replaced by one or more secondary active switching elements in series with each enhancement module.

사용 시에, 상기 또는 각각의 이차 능동 스위칭 소자는 어떤 림부가 통전 상태에 있고 따라서 AC 단자에서 AC 전압을 합성하기 위하여 사용 중인지를 진술하기 위하여 스위칭가능하다. 각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 이차 능동 스위칭 소자는 순방향 및 역방향 전압 모두를 차폐할 수 있도록 구성될 수도 있다. 이것은 각각의 림부 내의 체인-링크 컨버터가 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 모두에 대해 오직 차분 전압의 일부만을 차폐하도록 요구될 것이며, 따라서 각각의 림부 내의 체인-링크 컨버터의 전압 등급을 증가시켜 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 모두에서 비-통전 상태인 그 림부에 의하여 경험되는 전체 차분 전압을 지원할 수 있게 할 필요성을 없앤다는 것을 의미한다.In use, the or each secondary active switching element is switchable to state which rim is in the energized state and thus is being used to synthesize the AC voltage at the AC terminal. The or each secondary active switching element in each rim may be configured to shield both forward and reverse voltages. This would require that the chain-link converter in each limb only shield some of the differential voltage for both AC-DC and DC-AC power transfer modes, thus increasing the voltage rating of the chain-link converter in each limb Which eliminates the need to be able to support the entire differential voltage experienced by the rim that is in the non-energized state in both the AC-DC and DC-AC power transmission modes.

본 발명의 다른 실시예에서, 전력 전자 컨버터는 상이한 개수의 컨버터 림을 포함할 수도 있는데, 여기에서 각각의 컨버터 림의 AC 단자는 다상 AC 망의 개별적인 상에 연결가능하다는 것도 역시 예상된다.In another embodiment of the present invention, the power electronic converter may include a different number of converter rims, wherein it is also contemplated that the AC terminals of each converter rim are connectable to separate phases of the polyphase AC network.

본 발명의 다른 실시예에서, 전력 전자 컨버터는 단일 컨버터 림을 포함할 수도 있는데, 여기에서 AC 단자는 단일-상 AC 망에 연결가능하다는 것도 역시 예상된다.In another embodiment of the present invention, the power electronic converter may include a single converter rim, where it is also contemplated that the AC terminal is connectable to a single-phase AC network.

도시된 실시예에서 사용되는 전압 값은 단지 전력 전자 컨버터의 개별적인 실시예의 동작을 예시하도록 선택되며, 따라서 연관된 전력 애플리케이션의 전력 요구 사항에 의존하여 실시될 때 변동할 수도 있다는 것이 인정될 것이다.
It will be appreciated that the voltage values used in the illustrated embodiment are chosen to illustrate the operation of the individual embodiments of the power electronic converter only and may therefore vary when implemented depending on the power requirements of the associated power application.

Claims (5)

AC 및 DC 망을 연결하고 이들 간에 전력을 전송하기 위한 전력 전자 컨버터로서,
DC 망으로의 연결을 위한 DC 링크를 정의하는 제 1 및 제 2 DC 단자로서, 사용 시에, 상기 DC 링크는 그들 사이에 인가된 가역적 DC 링크 전압을 가지는, 제 1 및 제 2 DC 단자;
상기 제 1 및 제 2 DC 단자 사이에서 연장하고 상기 AC 망으로의 연결을 위한 AC 단자에 의하여 분리되는 제 1 및 제 2 림부(limb portion)를 가지는 적어도 하나의 컨버터 림(converter limb)으로서, 각각의 림부는 적어도 하나의 에너지 스토리지 디바이스와 병렬 연결되는 제 1 및 제 2 세트의 직렬-연결된 전류 흐름 제어 소자를 가지는 적어도 하나의 개선 모듈(rationalised module)을 포함하고, 각각의 세트의 전류 흐름 제어 소자는 적어도 하나의 에너지 스토리지 디바이스와 병렬 연결되고, 각각의 세트의 전류 흐름 제어 소자는 전류를 상기 에너지 스토리지 디바이스를 통한 전류를 선택적으로 디렉팅하는 일차 능동 스위칭 소자 및 상기 개선 모듈을 통과하는 전류 흐름을 단일 방향으로 제한하는 일차 수동 전류 체크 소자를 포함하고, 상기 전류 흐름 제어 소자 및 상기 또는 각각의 에너지 스토리지 디바이스는 결합하여 AC 단자에서 AC 전압을 합성하는 전압원을 선택적으로 제공하는, 적어도 하나의 컨버터 림; 및
각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 개선 모듈을 선택적으로 스위칭하여, AC-DC 전력 전송 모드에서 상기 AC 망으로부터 DC 망으로 전력을 전달하고 DC-AC 전력 전송 모드에서 상기 DC 망으로부터 AC 망으로 전력을 전달하기 위하여 상기 대응하는 AC 단자에서의 AC 전압의 구성을 제어하는 제 1 제어기를 포함하고,
각각의 림부는,
상기 대응하는 림부를 통과하는 전류 흐름을 대응하는 AC 및 DC 단자 사이에서 단일 방향으로 제한하는 하나 이상의 이차 수동 전류 체크 소자로서, 상기 또는 각각의 이차 수동 전류 체크 소자는 상기 또는 각각의 개선 모듈과 직렬 연결되는, 하나 이상의 이차 수동 전류 체크 소자; 또는
상기 또는 각각의 개선 모듈과 직렬 연결되는 하나 이상의 이차 능동 스위칭 소자를 포함하는, 전력 전자 컨버터.A power electronic converter for connecting AC and DC networks and transmitting power therebetween,
First and second DC terminals defining a DC link for connection to a DC network, wherein in use the DC link has first and second DC terminals having a reversible DC link voltage applied therebetween;
At least one converter limb extending between the first and second DC terminals and having a first and a second limb portion separated by an AC terminal for connection to the AC network, Wherein the rim portion of at least one energy storage device comprises at least one rationalised module having a first and a second set of series-connected current flow control elements connected in parallel with at least one energy storage device, Wherein each set of current flow control elements comprises a primary active switching element for selectively directing current through the energy storage device and a current flow through the improvement module in a single Direction, and wherein the current flow control element and / Wherein the or each energy storage device selectively provides a voltage source for combining and combining an AC voltage at an AC terminal; And
Selectively switching the or each enhancement module within each rim to transfer power from the AC network to the DC network in an AC-DC power transfer mode and to power the DC network from the DC network in a DC-AC power transfer mode And a first controller for controlling the configuration of the AC voltage at the corresponding AC terminal for transmission,
Each of the rim portions,
One or more secondary passive current check elements limiting the current flow through the corresponding rim in a single direction between corresponding AC and DC terminals, said or each secondary passive current check element being connected in series with said or each enhancement module At least one secondary passive current check element connected; or
And at least one secondary active switching element in series with the or each improvement module. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 세트의 직렬-연결된 전류 흐름 제어 소자는 풀-브리지 구성에서 개별적인 에너지 스토리지 디바이스와 병렬 연결되어, 전류를 단일 방향에서 도통시키는 동안 제로, 양의 또는 음의 전압을 제공할 수 있는 2-쿼드런트(quadrant) 바이폴라 개선 모듈을 형성하는, 전력 전자 컨버터.The method according to claim 1,
The first and second sets of series-connected current flow control elements may be connected in parallel with individual energy storage devices in a full-bridge configuration to provide zero, positive, or negative voltages while conducting current in a single direction A power electronic converter that forms a two-quadrant bipolar enhancement module. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 또는 각각의 이차 수동 전류 체크 소자 또는 이차 능동 스위칭 소자는 대응하는 림부 사이에 상기 림부가 비-도통 상태일 때에 발생하는 차분 전압의 일부를 지원하는, 전력 전자 컨버터.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein said or each secondary passive current check element or secondary active switching element supports a portion of the differential voltage that occurs when said rim portion is in a non-conducting state between corresponding rim portions. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 개선 모듈은 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 중 하나에서 전송가능한 전력이 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 중 다른 것에서 전송가능한 전력 보다 더 적도록 제한하도록 구성되는, 전력 전자 컨버터.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The or each refinement module in each rim may be configured to limit the transmittable power in one of the AC-DC and DC-AC power transfer modes to less than the transmittable power in the other of the AC-DC and DC-AC power transfer modes The power electronic converter comprising: 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 림부 내의 상기 또는 각각의 개선 모듈은 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 중 하나에서 전송가능한 전력이 AC-DC 및 DC-AC 전력 전송 모드 중 다른 것에서 전송가능한 전력의 10% 내지 15%의 범위 내에 있도록 제한하도록 구성되는, 전력 전자 컨버터.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The or each refinement module in each rim may be configured such that the transmittable power in one of the AC-DC and DC-AC power transmission modes is between 10% and 15% of the power transmittable in the other of the AC-DC and DC- Of the power converter.
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